Лекарства вместо отравы: найден способ защитить растения от грибка

Для подавления развития болезней и увеличения урожайности пшеницы традиционно применяются различные фунгициды. Массовое использование пестицидов в сельском хозяйстве существенно нарушает экологические взаимосвязи в природной среде, что может негативно сказаться на состоянии почвы и качестве полученной продукции. Поэтому специалисты из сибирских институтов создают препараты, в которых снизится содержание химических средств за счет введения в состав природных органических соединений с полезными для роста растений свойствами.

Фунгициды — химические вещества для борьбы с различными грибковыми заболеваниями растений, которые используются для протравления семян и обработки вегетирующих растений. Триазолы — самая большая группа фунгицидов, которые могут применяться для обработки растений на ранних фазах развития заболевания или для профилактики. Тебуконазол (ТБК), который входит в эту группу, является действующим веществом многих фунгицидов, однако выступает потенциальным канцерогеном. Препараты на его основе активно применяются в Сибири для подавления основного возбудителя обыкновенной корневой гнили яровой пшеницы, успешно уничтожают внешнюю и внутреннюю семенную инфекции. ТБК является биологически активным синтетическим веществом с низкой растворимостью в воде, следовательно, для улучшения эффективности препарата необходима повышенная концентрация.

Сибирские ученые заинтересовались этой проблемой и занялись разработкой супрамолекулярных систем ТБК как средств доставки его молекул к чувствительным органам патогенных для злаковых культур организмов. Такая система состоит из двух или нескольких веществ, молекулы которых слабо связаны и легко освобождаются при достижении нужного места. При этом у каждой молекулы есть своя функция, и система считается эффективной, если частицы выполняют отведенную им роль. За счет создания подобных систем доставки специалисты получают эффективные лекарства, в которых многократно снижается содержание действующего вещества благодаря введению природных соединений, отвечающих за его транспортировку в организме человека и животных.

«В нашем случае мы используем тебуконазол, непосредственная функция которого — защита растения от болезни, и экстракт корней солодки, способствующий преодолению молекулами ТБК клеточной мембраны и проникновению в организм», — рассказывает руководитель группы механохимии органических соединений Института химии твердого тела и механохимии СО РАН доктор химических наук Александр Валерьевич Душкин.

Полученные фунгицидные комплексы были протестированы на опытном поле Сибирского научно-исследовательского института земледелия и химизации сельского хозяйства Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН. Из обработанных семян появились растения с улучшенными показателями структуры урожая. Выросла длина главного колоса, количество колосков в нем, масса зерна пшеницы, итоговый сбор повысился в среднем на 10—13%, при этом расход действующего вещества тебуконазола снизился примерно в два раза. Результаты работы опубликованы в журналах «Агрохимия» и «Химия в интересах устойчивого развития».

Исследователи отмечают особую важность ростостимулирующей функции полученного препарата. Во время проведения посева пшеницы, весной, зачастую погодные климатические условия бывают неблагоприятными (сыро и холодно либо сухо и жарко), а препараты на основе тебуконазола обладают ретардантным эффектом (то есть снижают ростовые процессы), что приводит к снижению всхожести семян и в конечном итоге к потере урожайности. Поэтому в комплексе с ТБК сельхозпроизводители зачастую используют ростостимулирующие добавки. Полученные супрамолекулярные комплексы на основе экстракта корней солодки исключают необходимость в химических синтетических добавках. Теперь ученые ожидают заинтересованных инвесторов, которые будут готовы запустить процесс государственной регистрации нового перспективного протравителя. Хитозан — перспективная замена фунгицидам?



Кроме работы с экстрактом корней солодки, специалисты провели исследования по созданию супрамолекулярных комплексов с использованием хитозана — органического полимера, полученного из хитина — основного строительного материала покровов ракообразных и насекомых. Если экстракт выполняет в основном функцию доставки ТБК, то применение аминополисахаридов на основе хитозана в сельском хозяйстве основано на его способности повышать устойчивость растений к вредным биологическим объектам вирусной, бактериальной и грибной природы, а также усиливать сопротивляемость к насекомым-вредителям. В отличие от тебуконазола, он безвреден для человека и окружающей среды.

«Исследования показали, что хитозан не только может использоваться в системе с ТБК как комплексообразователь — носитель молекул ТБК, но и в то же время без химических наполнителей повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам. Была намечена возможность создания аналогичных средств защиты яровой пшеницы от листовых инфекций на основе комбинации хитозана с экстрактом корней солодки без включения в нее тебуконазола. Если же говорить о результатах применения системы ТБК/хитозан, то ее биологическая эффективность против бурой листовой ржавчины достигла 93,2%, септориоза — 88%, мучнистой росы — 79,9%, также препарат стимулирует рост флагового листа на 27%, влияет на заселенность колосьев пшеничным трипсом (вредителем генеративных органов растений) и повышает зерновую продуктивность культуры на 0,55 тонны с гектара. В итоге эффективность полученной системы несколько уступает коммерческому препарату «Раксил», однако содержание химического действующего вещества ТБК в нем снижено в 5,5 раза», — говорит заведующая лабораторией защиты растений СибНИИЗиХ СФНЦА РАН академик Наталия Григорьевна Власенко.

По словам ученых, проделанная работа является лишь начальным этапом. На сегодняшний день необходимо продолжать исследования, чтобы выяснить до конца механизмы действия хитозана, других природных нетоксичных для человека компонентов отдельно и в соединении с химическими синтетическими препаратами, а также оптимизировать состав композиции.

«Основное направление нашей деятельности, конечно же, в уменьшении содержания тебуконазола, а в перспективе — снижение его доли до нуля в составе пестицидов, хотелось бы обойтись только природными комплексообразователями, при этом сохранить и даже увеличить эффективность этих препаратов. В то же время изучение полезных свойств корней солодки и хитозана, кроме сугубо практических сельскохозяйственных целей, идет в русле импортозамещения. Используемые на сегодняшний день средства защиты растений закупаются за границей, но в случае создания новых композиций на природной органической основе мы сможем его производить из местных компонентов, обладающих практически неограниченной ресурсной базой и производящихся в том числе в Сибири, и тем самым достичь сразу нескольких целей: снизить негативное воздействие защищающих растения препаратов на окружающую среду и полученную продукцию и отказаться от привозных пестицидов», — рассказывает Александр Душкин.

Материал предоставлен порталом «Наука в Сибири»